蘋果公司上個月宣布推出新款iPad Air時，最有趣的不是它的iPad Pro風格設計，也不是一系列新的色彩選擇。而是新Air潛藏在細長框架中。

令我們驚訝的是，2020年的iPad Air是蘋果公司首款使用新型A14 Bionic芯片組的設備。芯片的影響也將不僅限于平板電腦，幾乎可以肯定，它將為下一代iPhone提供動力，Apple將于明日推出該產品。在與Engadget的對話中，蘋果公司平臺架構副總裁Tim Millet和Mac和iPad產品營銷高級總監Tom Boger闡明了該公司設計A14的方法，以及求對iPad Air及其它的意義。

打造一款“野獸”芯片

在較高的水平上，A14似乎與蘋果的其他Bionic芯片組相似。就像A12和A13一樣，這個SoC包含一個六核CPU（兩個核是高性能核，四個核用于低優先級任務）。這里的GPU內核數量也保持不變，為四個。

但是，不要被這些過去的相似之處所迷惑：由于A14是使用5納米制造工藝設計的，因此這種單芯片系統的工作比以往任何時候都多。但是，讓我們先退后一步。我們會發現向更密集的芯片組設計的轉變已經發生了多年，并且沒有絲毫放緩的跡象。

A14可能是世界上第一個商用的5nm芯片，但是蘋果的競爭對手并不落后。高通公司首款5nm移動芯片組Snapdragon 875可能會在12月舉辦的的公司虛擬Snapdragon Summit上首次亮相。然后是三星，除了為高通公司制造這些驍龍之外，三星還開始拉開5nm Exynos 1080芯片組的帷幕。

基于這些新制造工藝的芯片的主要優點是，它們更密集地集成晶體管，這些難以置信的小型開關，可以控制電子的流動。這些充當邏輯門的基礎，邏輯門產生集成電路，集成電路產生成熟的處理器。

無論如何，轉向5nm意味著Apple可以把有更多的晶體管用于芯片上的所有系統。回頭看一下：該公司去年使用的A13 Bionic有85億個晶體管，而新芯片是118億個。如您所料，晶體管數量的急劇增加為蘋果提供了額外的處理位，以顯著提高速度、效率、CPU和GPU內核。但這也使蘋果可以自由地對設備的整體體驗進行微妙的改進。

“芯片架構師考慮功能的一種方式不一定是直接將［晶體管］映射到產品中的功能，而是要使諸如圖形堆棧中軟件之類的基礎技術能夠放大GPU中的新功能”，Millet說。“因為這將不可避免地成為游戲中的視覺功能，或用戶界面中的快速過渡。”

轉向5納米設計的A14也使蘋果可以自由地將其更多的晶體管“預算”投入到CPU和GPU以外的組件上。而要獲得最佳的全方位體驗，蘋果，三星和華為等公司（僅有的其他為自己的移動設備設計芯片的公司）具有明顯的優勢。在這種情況下，由于Apple完全控制其片上系統中的內容，因此可以在其他處理內核和組件成為主流之前對其進行投資。

最好的例子是該公司的神經引擎，該組件首次出現在iPhone X的A11芯片組中，用于加速各種功能所需的神經網絡，例如安全面部解鎖，Siri語音識別和增強現實等。蘋果是最早在其芯片中集成專用神經加速器的公司之一。而華為在蘋果宣布其自己的神經引擎之前一周就發布了麒麟970及其神經處理單元，而三星和高通后來才趕上來。

毫不奇怪，今年的神經引擎與我們在2017年看到的第一個引擎相去甚遠。雖然原始協處理器可以每秒執行6000億次操作，但去年的A13在相同的時間內將標準提高到了6萬億次。同時，A14通常每秒執行11萬億次的操作，從而消除了障礙。

大規模的重新設計使這種提升成為可能：A14的神經引擎現在包含16個內核，而去年的A13為8個。將引擎的核心數量增加一倍將是一個有趣的選擇，因為許多依賴它的iOS功能似乎已經運行良好。既然如此，為什么不把更多的新晶體管投入到進一步提高CPU和GPU性能上呢？大多數人可能會立即注意到這一點？

答案有兩個。首先，蘋果公司繼續在增強神經網絡中看到巨大的潛力，不僅是因為其自身的軟件體驗，而且對于那些應用程序開發人員可能能夠在適當的位置安裝適當的組件來實現。例如，流行的圖像編輯應用程序Pixelmator Pro依靠神經引擎提供了一項功能，該功能可使低分辨率圖像看起來異常清晰和干凈。同時，在創意頻譜的另一端，Algoriddim的djay Pro AI應用程序使用神經引擎來更有效地隔離歌曲中的人聲和樂器音軌。

Millet說：“我們看到了傳統CPU指令集無法完成的事情的機會。” “理論上您可以在GPU上執行執行神經引擎在做的許多操作，但是您不能在緊密，受熱約束的enclosure內執行該操作。”

這是答案的另一半，這就是蘋果必須在純粹的“馬兒”和“效率”之間取得平衡。畢竟，如果馬匹過早疲勞，那就沒有必要確保它們跑得快。

Millet說：“我們努力專注于能源效率，因為這適用于我們生產的每種產品。” 通過將重點放在芯片設計上，蘋果不必擔心這種情況“它專注于手機的能源效率（以某種方式）在iPad Air中不起作用”。當然可以了。”

實際影響

大家一致肯定的是，A14是比它的前輩更令人印象深刻，但所有這一切都引發了一個有趣的問題：它有多強大？這是真的嗎？

這主要是因為蘋果尚未就A14 Bionic比去年的A13 Bionic的性能提高多少發表任何聲明，在即將到來的主題演講中，我們可以期待更多細節。在蘋果披露新產品iPad Air，他們確實說了A14的CPU比前代產品提升40％，人們可以期望圖形性能最多提高30％。

但是，必須注意的是，現實生活中的性能提升并不總是符合Apple的承諾。例如，當公司表示A14的CPU性能比當前iPad Air的A12芯片組強大30％時，它并沒有超出您和我可以使用的流行基準測試工具的結果。根據Boger的說法，這些數字是“實際應用程序工作負載”的合并。換句話說，它們是源自許多不同性能因素的綜合數字，所有這些都證明了實際使用此東西的感覺。

Millet補充說：“我們了解許多應用程序的單線程性能確實很重要。” “因此，我們確保在談論諸如此類的事情時，我們能夠很好地表示單線程性能。我們還表示，更多具有前瞻性的開發人員實際上正在利用即將推出的額外內核。”

由于我在2020年花費了大量時間測試蘋果設備，因此我的想法迅速轉向A14如何模糊Air與iPad Pro之間的界限。畢竟，2020 iPad Pro依靠的是兩年前芯片組的增強版本。與蘋果的新芯片相比，它如何堆疊？

總體而言，iPad Pro仍然具有優勢。當我們在今年早些時候對其進行測試時，它是一臺速度非常快的機器，而Millet和Boger很快指出，當前型號的A12Z芯片組比A14具有更多的CPU和GPU內核（每個內核八個）。GPU計算能力的巨大差異尤其意味著iPad Pro將繼續更適合圖形工作以及Apple專業用戶可能會處理的其他“高性能工作負載”。但這并不是說iPad Air的芯片組在這里完全被淘汰了。

博格指出：“由于A14具有我們最新一代的CPU內核，因此您可能會在這里和那里看到一些東西，它們可能會勝過A12Z。”

蘋果制造了一款售價600美元的平板電腦，其功能有時會超過其專業級硬件，這是一個大問題。但是，更重要的是，蘋果公司在設計A14時所做的工作可能會影響其后續設備。

走向未來

正如我之前說的，A14將為新款iPad Air以及可能是該公司最新推出的iPhone系列提供動力，但幾乎肯定還會在其他產品中使用。看看Apple的入門級iPad系列：盡管它們從未獲得過為iPad Pros制造的高端芯片組版本，但它們經常被上一代iPhone中使用的芯片所刷新。如果您是Apple設備的粉絲，那么您是否還不打算大肆購買新手機或平板電腦也沒關系-您最終體驗A14的機會還不錯。

即使您不這樣做，您仍然可以從其中進行的一些工作中受益。當蘋果公司的人們開始研究芯片組時，他們不僅專注于為單個產品構建芯片組。他們考慮了公司的整體陣容。“我們花了很多時間與產品團隊和軟件團隊合作，而架構小組確實位于其中。” Millet說。蘋果在制造產品時，必須弄清從CPU和GPU到相機和顯示模塊以及大量傳感器的重要組件清單。以良好的方式將所有組件連接起來是Millet團隊的工作，而他們最大的優先事項之一就是確保將它們編織在一起的芯片級體系結構參數化-即可擴展以用于不同類型的設備。

他說：“最終，我們要確保在為一代構建CPU時，我們不一定只為一代構建CPU。” 雖然這并不意味著您會在Apple Watch之類的產品中看到A14的六核CPU，但為該公司的旗艦手機芯片組開發的體系結構很可能會改編并在其他地方重復使用。事實證明，我們可能不必等很久就能看到一個很好的例子。

幾周以來，一直有傳言稱iPad Pro由A14的高性能版本A14X提供動力，有人傳言稱該產品將于2021年初推出。在發布由A12驅動的iPhone XS系列僅一個月后，蘋果就宣布了其第三代iPad Pro和A12X芯片組。更有趣的是，這是您應該撒些鹽的部分。謠傳A14X也是該公司的首批商用Apple Silicon Mac中的芯片組。自然，該公司不會向我確認任何這件事，但是當被問及該公司在Mac芯片上的工作是否完全影響了A14的發展時，Millet指出：“有時，獨特的平臺制約著發明的發展。”

最終，對于A14和蘋果公司在不久的將來的計劃，我們仍然知之甚少。它的體系結構還可以如何擴展或限制為適用于不同的硬件？蘋果從設計像A14這樣的移動芯片組中學到的知識是否會給它提供在英特爾和AMD上需要的工具？Millet完全沒有討論這些話題，但似乎一模一樣：無論您是否購買iPad Air（或iPhone 12），蘋果的工作都會對該芯片組會在未來幾年都產生影響。
責任編輯:tzh